熱寂 Heat Death

2021-02-25 愛悟理

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高二物理課的開端,講述了能量守恆定律。在目前「新能源」成為時髦的標籤時,同學們一定會思考這樣一個問題:「既然能量守恆,那怎麼會有能源危機」?

這可以從課本拋出的「自然過程的方向性」與「能量的耗散與退化」 的概念裡尋找答案。

所謂「自然過程的方向性」,是指在自發條件下,自然過程只能朝某個方向變化,或者說反向變化是要受到限制的。比如熱傳遞在自發條件下只能由高溫物體指向低溫物體。若要反向為之,比如電冰箱把熱量從低溫區域傳遞到高溫區域,就得付出代價——壓縮機消耗電能做功

而「能量的耗散與退化」是指能量在轉化過程中雖然總量不變,但其課利用的價值會降低。比如上述的冰箱壓縮機消耗電能做功的過程,因為壓縮機的效率不可能達到100%,一部分電能會轉化為內能(熱量)釋放到環境中去,而這部分內能是很難再被利用的。

能量的耗散與退化其實是有序向無序的轉變。在物理學中,「」是用來表示一個系統無序程度的物理量,熵越大則系統越混亂。熵不斷增大的結果是什麼呢?很顯然,宇宙中所有的能量都將以熱能的形式存在!在一些科學家眼裡,世界末日並非空穴來風。

熱寂(Heat Death)是猜想宇宙終極命運的一種假說。根據熱力學第二定律,作為一個「孤立」的系統宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加,由有序向無序演變。當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡。此時的宇宙就像是一鍋「滾燙的濃湯」,這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。

值得強調的是,熱寂理論成立的前提是「孤立」的系統。對於一個開放系統,是可以保持其有序狀態的。我們的人體就是一個有序的系統,之所以能保持有序,就是因為人體是一個開放的系統。我們攝取食物、排洩代謝產物,與環境發生著相互作用,使我們的身體維持有序的狀態。只有當生命終止後,人體就變成了封閉系統,後果可想而知……

當然,你大可不必因此寢食難安,開始計劃如何度過自己的最後時光。因為即使熱寂理論是正確的,這一天的到來,也要在10的1000次方年之後發生的事了!




相關焦點

  • 你知道宇宙的終極狀態「熱寂」嗎?
    熱寂圖熱寂(英語:Heat death這種狀態稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。熱寂理論最早由威廉·湯姆森(英語:William Thomson)於1850年根據自然界中機械能損失的熱力學原理推導出的。
  • 雙語外刊 | Heatwaves 熱浪
    Countries must learn to adapt to extreme heat氣候變化已經導致人類死亡,各國必須學會適應極端高溫In recent days heatwaves have turned swathes of America and Europe into furnaces.
  • 孫南生與王令雋 「熱寂說」 的討論實錄
    最近收到孫南生先生的來信,詢問有關宇宙熱寂說的問題,我們於是有幾個來回的討論。徵得孫先生的同意,我把這些信件按照時間順序整理一下,發表出來供對此問題有興趣的朋友們分享,請批評指正。death was based on an idea that I call the cooking rule.
  • 宇宙熱寂學說可以從哪些方面證明?
    想必所有對宇宙,天文感興趣的小夥伴都曾聽過宇宙熱寂學說,也就是Heat death of the universe。 「熱寂是猜想宇宙終極命運的一種假說。這種狀態稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在」,以上是中國科普網上的說法。說得通俗一點就是說,宇宙中所有物體達到穩定,沒有能量可以繼續供給我們人類,當一切結構變得相同了,對稱了,也就不再有人類這種複雜的生命體,屆時宇宙將會說一片死寂。
  • 熱寂
    新近學到了一個物理知識——熱寂。其實文章是將此定義為世界與我們星球的存亡。
  • 演員| 原創音樂劇《熱寂》| 北京/上海
    熱寂(Heat death of the universe)是猜想宇宙終極命運的一種假設。根據熱力學第二定律,引發宇宙是一個「孤立」的系統,宇宙的「熵」會隨著時間的流逝而增加,由有序向無序進展,當宇宙的「熵」達到最大的閥值,宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡,最終實現熱寂。
  • 宇宙的終極命運:熱寂。一切都將逝去,唯有死神永生。
    熱寂(英語:Heat death of the universe)是猜想宇宙終極命運的一種假說。根據熱力學第二定律,作為一個「孤立」的系統,宇宙的熵會隨著時間的流異而增加,由有序向無序,當宇宙的熵達到最大值時,宇宙中的其他有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡。這種狀態稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在。
  • 熱寂3
    《熱寂3》遊戲特色:1.危險程度是多種多樣的,各種挑戰是困難的。《熱寂3》遊戲亮點:1.尋找一些更鋒利的材料來製造武器來對抗那些野獸,隨著時間的推移,難度將繼續增加。《熱寂3》遊戲玩法:1.首先,您必須找到自己的房子,建立自己的基地,然後尋找可以用來狩獵和殺死動物的武器。
  • 熱寂真的是我們宇宙的終極命運嗎?
    熱寂學說,是基於熱力學第二定律的一種宇宙終極命運猜想。熱力學第二定律是熱力學的基本定律之一,也稱為熵增定律,表述為一個孤立系統的混亂程度只會增加或者保持不變。熱力學第二定律建立後,科學家們發現把熱力學第二定律作用於整個宇宙時,整個宇宙的熵會一直增加,宇宙各處的溫度會逐漸趨向於平衡,最終宇宙的其他有效能量全部轉化為熱能,從而達到熱寂狀態,這是一個相當漫長的過程。
  • 熱寂說:宇宙將終結於混沌
    上次聊到了永動機,讓永動信徒們狂熱的是熱力學第一定律:能量守恆;那這次我們來聊聊曾經讓科學界和哲學界爭論一百年的「熱寂說」。如果把整個宇宙看成一個孤立系統,那麼宇宙中發生的任何運動都在增大宇宙的熵,定律的闡釋者之一克勞修斯由此提出了這個令人絕望的「熱寂說」推論:宇宙最終將走向一個除了分子熱運動以外沒有任何宏觀運動的死寂狀態!從此這個物理問題開始超出科學界甚至是哲學界。
  • 熱寂嗎?
    最後整個宇宙歸於「熱寂」。什麼叫熱寂?就是萬事萬物都擴散成一種無聊而又完美的均質狀態。所有的星星都會熄滅,所有的秩序都會變成混亂,所有的地方溫度都一樣,再也沒有什麼值得流動的了,整個宇宙寂靜了。所以,可以說宇宙的「目標」,就是達到熱寂。這是人類知識目前為止最大的框架,是人類現階段對宇宙終極命運的判斷。
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    「death」表示死亡,那「to death」是啥?可不是「去死」哦!它在口語中怎麼這麼好用?趕緊來瞅一瞅吧。第一個用法To death的第1個用法一定要聽清楚了,只要在前面加一個形容詞就可以表達,比如說無聊死了,或者說是累死了。看幾個例子,摸索摸索吧。
  • 普洛克路斯忒斯之床,古拉格,熱寂
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  • 科普問答| 熱寂為什麼是熵最大呢?
    群友問:1:熱寂為什麼是熵最大呢?2:熱寂就是宇宙能量達到熱平衡,這不是應該也是一種最有序的狀態嗎? 熱寂說是基於幾個假設而提出的,並不總是成立。宇宙要最終達到熱寂,首先要求宇宙必須是一個孤立系統。熵隨著時間增大隻對孤立系統成立。如果系統是開放的,能夠與外界進行物質能量交換,它的熵是可能維持不變甚至減少的。我們知道,宇宙在加速膨脹。
  • 【待發】宇宙的「熱寂」是指宇宙達到最大熵時的狀態
    正如你所看到的,「冷寂」的反義詞不是「熱寂」,而是「大坍縮」。當宇宙有足夠的物質密度坍縮時就會發生「大坍縮」,而最終宇宙會坍縮到一定的程度。這種坍縮使溫度上升,最終導致宇宙在高熱中死去。有關「熱寂」概念的討論可以在一些熱力學教科書中找到。「冷寂」和「宇宙大坍縮論」的概念可以在宇宙學教科書中找到,比如科爾布和特納的《早期宇宙》。
  • THE DEATH OF THE MOTH
    But, as I stretched out a pencil, meaning to help him to right himself, it came over me that the failure and awkwardness were the approach of death. I laid the pencil down again.
  • 【節氣】Minor Heat 小暑
    There will be more storms, thunders and hails. People should protect themselves from the heat and floods. Lotuses are in full bloom and fireflies are often seen.
  • 宇宙終點可能不是熱寂,一種新理論認為宇宙可以無限重生
    自1998年發現暗能量以來,科學界逐漸認為現有理論和觀測結果將推導得出宇宙最終走向熱寂。因為暗能量的存在,宇宙不斷地加速膨脹,直到所有恆星死亡並且連黑洞都蒸發了,宇宙中只剩下一些基本粒子。要達到最終的熱寂,將需要非常長的時間,但再長的時間都有一個盡頭,對宇宙來說這是很可悲的。有一個新理論打破了這樣悲慘的未來,是剛獲得諾貝爾物理獎的科學家羅傑·彭羅斯提出的。他認為宇宙是不朽的,它將一遍又一遍的無限重生。
  • CRISPR helps identify gene that regulates coral's heat stress...
    CRISPR helps identify gene that regulates coral's heat stress response Scientists have identified a gene that encodes for a protein that helps coral regulate